磁吸放线装置的设计与应用

殷晓春， 商克金

(大连通信电缆有限公司，辽宁大连116021)

0 引言

绝大多数线缆生产都是由放线开始到收线结束，所以，放线装置是线缆生产设备中最常用的组成之一。放线盘具装卸便利与否直接影响到生产的效率。放线装置是否耐用则关系到设备的维护成本及能否保证连续正常生产的问题。

1 现有放线装置的结构分类及使用情况

目前常用的放线装置从结构上主要分为有轴式及无轴式两种。有轴式是指盘具套在长度大于盘宽的悬臂轴上且轴端加有锁紧器的放线装置，无轴式是指有两个顶尖分别从两侧顶到盘具中心孔内并将盘具抬起的放线装置。

有轴式放线装置的优点是结构简单，体积较小，不需压缩空气等夹紧动力，多用于直径500 mm以下的小型盘具，其缺点是装盘时需花时间对准携行孔，放线轴易磨损、锁紧器易丢失。

无轴式的特点是结构相对复杂，体积较大，需要压缩空气等夹紧动力，多用于大型盘具，也存在装盘时需花时间对准携行孔的问题，用于小型盘具时盘具通用性较差。

因此，有轴式放线装置在中小规格线缆的生产中使用非常普遍。我公司在生产中就遇到了上述的一些问题，加上原有设备设计上的一些缺陷，放线轴磨损较快且存在着锁紧器易丢失等问题，较大地影响了生产效率。

2 对现有有轴式放线装置的改进设计

为了提高生产效率并考虑操作人员的操作习惯，考虑采用磁性元件来锁定盘具，并让携行轴可以自动插入携行孔内。但这其中有几个问题需要确定。

2.1 对盘具的要求

我公司500 mm以下盘具主要有两种形式:顶尖孔为钢套的ABS塑料盘和全钢结构的冲压盘具。这恰好符合我们要采用导磁性材料的设计思路。

2.2 盘具的侧滑力

理论上悬臂轴是水平的，盘具在上面不应该产生侧滑的力量，但在实际生产中由于受振动、地面水平误差及悬臂轴受力变形等因素影响，会产生一个使盘具侧滑的力量，这也是通常轴端加锁紧器的原因。但这个力量有多大呢?假设在比较极端的情况下，带线盘具的重量为50 kg(人力装盘已很费劲)，放线轴偏移水平位置10°(几乎不可能)(如图1所示)，其中O为盘具的中心，a为盘具的重量，b为产生的侧滑力，根据力学计算:b=a×cos 80°=50×0.1736=8.7 kg。由此可知，从理论上讲侧滑力不会超过 8.7 kg。

图1 盘具作用力分析

2.3 磁性元件的选用

近年来，市场上出观了很多强力磁性元件，钕铁硼磁铁就是比较常见的一种，它体积小，吸力强。这里选用的是直径15 mm厚度5 mm圆形磁铁。厂家提供的数据是，这种规格的磁铁的吸力可以达到3 kg/块，这样采用3块以上在理论上就可以防止盘具侧滑脱落。在这次设计中采用了多块强磁铁组合使用。根据《机械设计手册》中的数据可知，人的推拉作用力在一般情况下为27～43 kg。为了既可靠地吸住盘具，又不让操作者装卸时感到吃力，采用了10块强磁铁组合使用，即吸力大概在30 kg左右。之所以采用多块磁铁组合使用还考虑到了下面几个因素:(1)调整吸力方便，可以通过加减磁铁的数量调节吸力的大小;(2)安装固定相对容易;(3)元件为常用尺寸，购置成本低。

3 磁吸放线装置的结构

图2 为磁吸放线装置结构图，强力磁铁被放置在专门设计的磁铁架中，后面装有一个纯铁环，起到封闭磁路和辅助固定磁铁的作用。再后面则是一个橡胶缓冲垫，因为磁铁坚硬易碎，这样可以减轻装盘时的冲击，避免磁铁受撞击而破碎。此外，磁铁在磁路封闭时吸力是最大的，为了充分发挥磁铁的效力，在安装时需要将磁铁如图3所示成对安装，而且相邻两块磁铁需南北极相反，这样在吸和盘具时才会形成封闭磁路，产生最大吸力。

放线轴采用滚筒结构，滚筒与张力盘可以相对灵活转动，最大限度地减少了放线轴与盘具内孔之间的相互磨损。

携行轴采用弹簧结构。这里需要选择弹力适当的弹簧，确保装盘时盘具在磁铁吸力的作用下能够轻松地将携行轴压缩回去，当盘具与张力盘相对转动且盘具上的携行孔转到携行轴的位置时，携行轴能够在弹簧的作用下，自动插入携行孔内。

图2 放线装置结构图

图3 磁铁放置示意

4 磁吸放线装置的实际应用

此装置在实践中被应用在通信电缆30对成缆机生产上。在原生产过程中，工人需要在每次装盘时对准携行孔与携行轴的位置，安装锁紧器30次，卸空盘时又需拆卸锁紧器30次，而且经常发生锁紧器找不到的现象，既费时，又费力。换用此装置后，工人在装盘时，只要将线盘套在滚筒上推靠即可，卸盘时，只要用力一拉就能将盘具取下。在穿线时拉动或旋转盘具，携行轴在弹簧的作用下便自动插入盘具上的携行孔内。因而，大大地提高了生产效率。以前常见的放线轴及盘具内孔磨损的情况也几乎见不到了，连续使用至今已三年有余，未见有盘具脱出现象，同时放线设备的维修频次大幅降低。

5 结束语

因强力永磁元件的成本不高，故在机械设备中使用不会增加多少制造费用，但却可免去使用压缩空气系统、电磁动力系统等对能源的消耗，在提高生产效率的同时也达到了降低设备维护成本及运行成本的效果。